海基公司自1999年进入中国汽车工业领域以来，一直和汽车领域的企业保持密切的合作关系，先后和长春汽车研究所（一汽）、东风汽车研发中心、天津汽车研究所、上海泛亚汽车研究中心合作，完成多项工程咨询项目，以下是进行了解密处理的部分资料。

1.1   载重汽车机舱散热分析

                                        图1 重载车辆内外流耦合流迹线图

如图1所示，在进行重载车辆的机舱散热分析时，我们知道外流对机舱的内部流动影响很大，因此我们在分析时不能只建立机舱本身的模型，如上图所示，我们需要对机舱的内外流进行耦合分析，才能准确的模拟机舱的散热问题。

1.2  除冰模拟

海基公司和长春汽车研究所合作对某型号汽车进行前风挡的除冰模拟，采用用户自定义的物理量来表达冰厚度的变化，下图是部分分析结果。

                                             图2  前风挡附近速度场 

                                             图3  前风挡流线图

                                     图4 前风档的液体体积分数

1.3  乘员舱流场分析

图5是乘员舱的几何结构和边界条件，乘员舱复杂的几何外形给网格划分带来了极大的挑战，需要花费大量的时间来细致地处理。

                      图5   乘员舱几何外形和边界条件

图6是乘员舱的流线图和速度云图：

                                  图 6  乘员舱流线图和速度云图

通过分析，我们可以获知速度场的死区和流速过高区域，从而为改进HVAC系统的设计提供依据。

2.技术要求分析、技术方案和工作计划

2.1  技术要求分析

分析整个方案中的难点和关键技术问题，这些难点和关键技术问题的解决对项目的完成起决定性的作用。这个项目的关键难点在于对乘员舱和风挡除霜的模拟。

2.1.1 乘员舱三维CFD分析的难点和工作量

乘员舱三维CFD分析工作难度大，并且需要计算的工况多，由于大多数工况是瞬态过程，每一工况的计算量都很大。

2.1.1.1 乘员舱几何形状复杂

乘员舱的几何外形复杂，由复杂曲面组成，由于乘员舱的外形由薄金属（如车顶），玻璃（如车窗和风挡）组成，各种不同材料的导热率不同、对热光源（太阳光）的吸收、反射穿透能力不同，在建立模型时都需要给他们区分出来。

在舱室内部，有座椅、内部设备、以及人体模型。复杂的几何外形对划分高质量的计算网格提出了挑战。

2.1.1.2   乘员舱模拟时需要模拟的工况非常多

分析现有的风口布置、隔栅设计的下乘员舱的流场

不同通风模式（吹面、吹脚、除霜、除雾）下乘员舱的流场分布

乘员舱（包含五个人体模型）的热舒适度分析

2.1.2  风挡除霜问题

风挡除霜模拟的关键是模拟除霜时所发生的相变，由于相变，会引起密度、速度、温度的迅速变化，导致流场计算不稳定。

2.2 技术方案

针对本项目的难点乘员舱和除霜问题的模拟，我们提出以下技术方案：

2.2.1  乘员舱模拟方案

2.2.1.1 乘员舱的几何清理

通常由设计部门提供的CAD模型并不适合于网格划分，这是因为来自CAD的几何模型表达是固体，而不是我们计算需要的流体区域模型，因此我们需要完成以下几何清理工作。

将固体区域模型转化为流体区域模型。

清理和简化流体区域中存在的几何缺陷，如短边、尖角、过小的曲面、裂缝、面重叠区域，只有清理完成后才能保证网格划分的质量。

2.2.1.2 乘员舱的网格划分

在乘员舱几何清理完成后，对乘员舱划分网格，对于这种复杂的几何模型我们一般采用结构化网格，我们估计网格总数在150万以上，为了节约网格，我们将在局部采用结构化网格。

2.2.1.3 计算方法

在计算时我们求解动量守恒、质量守恒及能量守恒方程，选择RNG K-e 湍流模型，我们选用FLUENT/AIRPAK软件中特有的太阳辐射模型来自动计算太阳辐射边界条件。根据需要还可能选用热交换器模型、风扇模型。

太阳辐射模型：不需要使用任何辐射模型，太阳辐射的影响作为对能量方程的生成项，可以考虑光线通过斜面的影响，使用光线追踪算法来计算辐射的热通量。太阳辐射模型自动确定了汽车所在位置、朝向、时间对热通量的影响，图7是太阳辐射模型自动确定的热通量。

                       图7 太阳辐射模型自动确定的太阳辐射热通量

                    图8 在太阳辐射模型作用下舱内温度随时间变化规律

2.2.1.4 结果分析与结果的后处理

根据要求，乙方协助甲方完成计算报告，报告至少包含以下内容：

每一种工况乘员舱内部的流场分布，至少5个水平截面、8个垂直断面的速度矢量图、压力云图、温度云图

计算在理想工作状态下， 提供5个水平截面、8个垂直断面的热舒适度参数。

2.2.2 除霜/除雾问题模拟方案

在汽车工业，除霜/除雾的模拟非常重要，而且它也是一个比较难模拟的问题，它的难度在于这是一个涉及到相变问题的两项流模拟。目前，解决除霜/除雾的模拟问题有两种方法，它们是：

基于溶化和固化模型，建模空间就是初始冰层厚度，给定舱内风挡一侧的传热边界条件，这种方法真实的模拟了相变过程，过程容易理解，易学易用，由于牵扯到相变的真实模拟，收敛性比较复杂，而且舱内一侧给定一个准确的热边界条件是困难的。

通过UDF来模拟相变问题，这样就完全通过UDF来表达相变问题，就把一个相变问题转化为一个纯粹的单相传热问题，用户需要给定冰外侧的传热边界条件，这个条件是容易准确给定的，而且单相流的计算稳定性和收敛性好。问题的复杂性就在于需要写一个专门表达相变问题的UDF。

根据上述方法的比较，我们选择通过UDF来模拟相变问题。图9是采用第二种方法模拟的部分结果。

                                         图9 在20秒时刻水膜厚度云图